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JavaScript 函数式编程实践(来自IBM)

作者：

说到函数式编程，人们的第一印象往往是其学院派，晦涩难懂，大概只有那些蓬头散发，不修边幅，甚至有些神经质的大学教授们才会用的编程方式。

函数式编程简介
说到函数式编程，人们的第一印象往往是其学院派，晦涩难懂，大概只有那些蓬头散发，不修边幅，甚至有些神经质的大学教授们才会用的编程方式。这可能在历史上的某个阶段的确如此，但是近来函数式编程已经在实际应用中发挥着巨大作用了，而更有越来越多的语言不断的加入诸如 闭包，匿名函数等的支持，从某种程度上来讲，函数式编程正在逐步“同化”命令式编程。
函数式编程思想的源头可以追溯到 20 世纪 30 年代，数学家阿隆左 . 丘奇在进行一项关于问题的可计算性的研究，也就是后来的 lambda 演算。lambda 演算的本质为 一切皆函数，函数可以作为另外一个函数的输出或者 / 和输入，一系列的函数使用最终会形成一个表达式链，这个表达式链可以最终求得一个值，而这个过程，即为计算的本质。
然而，这种思想在当时的硬件基础上很难实现，历史最终选择了同丘奇的 lambda 理论平行的另一种数学理论：图灵机作为计算理论，而采取另一位科学家冯 . 诺依曼的计算机结构，并最终被实现为硬件。由于第一台计算机即为冯 . 诺依曼的程序存储结构，因此运行在此平台的程序也继承了这种基因，程序设计语言如 C/Pascal 等都在一定程度上依赖于此体系。
到了 20 世纪 50 年代，一位 MIT 的教授 John McCarthy 在冯 . 诺依曼体系的机器上成功的实现了 lambda 理论，取名为 LISP(LISt Processor), 至此函数式编程语言便开始活跃于计算机科学领域。
函数式编程语言特性
在函数式编程语言中，函数是第一类的对象，也就是说，函数 不依赖于任何其他的对象而可以独立存在，而在面向对象的语言中，函数 ( 方法 ) 是依附于对象的，属于对象的一部分。这一点 j 决定了函数在函数式语言中的一些特别的性质，比如作为传出 / 传入参数，作为一个普通的变量等。
区别于命令式编程语言，函数式编程语言具有一些专用的概念，我们分别进行讨论：
匿名函数
在函数式编程语言中，函数是可以没有名字的，匿名函数通常表示：“可以完成某件事的一块代码”。这种表达在很多场合是有用的，因为我们有时需要用函数完成某件事，但是这个函数可能只是临时性的，那就没有理由专门为其生成一个顶层的函数对象。比如：

清单 1. map 函数

复制代码 代码如下:

function map(array, func){
var res = [];
for ( var i = 0, len = array.length; i < len; i++){
res.push(func(array[i]));
}
return res;
}
var mapped = map([1, 3, 5, 7, 8], function (n){
return n = n + 1;
});
print(mapped);
运行这段代码，将会打印：
2,4,6,8,9// 对数组 [1,3,5,7,8] 中每一个元素加 1

注意 map 函数的调用，map 的第二个参数为一个函数，这个函数对 map 的第一个参数 ( 数组 ) 中的每一个都有作用，但是对于 map 之外的代码可能没有任何意义，因此，我们无需为其专门定义一个函数，匿名函数已经足够。
柯里化
柯里化是把接受多个参数的函数变换成接受一个单一参数（最初函数的第一个参数）的函数，并且返回接受余下的参数而且返回结果的新函数的技术。这句话有点绕口，我们可以通过例子来帮助理解：
清单 2. 柯里化函数
复制代码 代码如下:

function adder(num){
return
function (x){
return num + x;
}
}
var add5 = adder(5);
var add6 = adder(6);
print(add5(1));
print(add6(1));

结果为：
6
7
比较有意思的是：函数 adder 接受一个参数，并返回一个函数，这个返回的函数可以被预期的那样被调用。变量 add5 保持着 adder(5) 返回的函数，这个函数可以接受一个参数，并返回参数与 5 的和。
柯里化在 DOM 的回调中非常有用，我们将在下面的小节中看到。
高阶函数
高阶函数即为对函数的进一步抽象，事实上，我们在匿名函数小节提到的 map 函数即为一种高阶函数，在很多的函数式编程语言中均有此函数。map(array, func) 的表达式已经表明，将 func 函数作用于 array 中的每一个元素，最终返回一个新的 array，应该注意的是，map 对 array 和 func 的实现是没有任何预先的假设的，因此称之为“高阶”函数：

清单 3. 高阶函数
复制代码 代码如下:

function map(array, func){
var res = [];
for ( var i = 0, len = array.length; i < len; i++){
res.push(func(array[i]));
}
return res;
}
var mapped = map([1, 3, 5, 7, 8], function (n){
return n = n + 1;
});
print(mapped);
var mapped2 = map(["one", "two", "three", "four"],
function (item){
return "("+item+")";
});
print(mapped2);


将会打印如下结果：
2,4,6,8,9
(one),(two),(three),(four)// 为数组中的每个字符串加上括号

mapped 和 mapped2 均调用了 map，但是得到了截然不同的结果，因为 map 的参数本身已经进行了一次抽象，map 函数做的是第二次抽象，高阶的“阶”可以理解为抽象的层次。
JavaScript 中的函数式编程
JavaScript 是一门被误解甚深的语言，由于早期的 Web 开发中，充满了大量的 copy-paste 代码，因此平时可以见到的 JavaScript 代码质量多半不高，而且 JavaScript 代码总是很飞动的不断闪烁的 gif 广告，限制网页内容的复制等联系在一起的，因此包括 Web 开发者在内的很多人根本不愿意去学习 JavaScript。
这种情形在 Ajax 复兴时得到了彻底的扭转，Google Map，Gmail 等 Ajax 应用的出现使人们惊叹：原来 JavaScript 还可以做这样的事！很快，大量优秀的 JavaScript/Ajax 框架不断出现，比如 Dojo，Prototype，jQuery，ExtJS 等等。这些代码在给页面带来绚丽的效果的同时，也让开发者看到函数式语言代码的优雅。
函数式编程风格
在 JavaScript 中，函数本身为一种特殊对象，属于顶层对象，不依赖于任何其他的对象而存在，因此可以将函数作为传出 / 传入参数，可以存储在变量中，以及一切其他对象可以做的事情 ( 因为函数就是对象 )。
JavaScript 被称为有着 C 语法的 LISP，LISP 代码的一个显著的特点是大量的括号以及前置的函数名，比如：

清单 4. LISP 中的加法
(+ 1 3 4 5 6 7)

加号在 LISP 中为一个函数，这条表达式的意思为将加号后边的所有数字加起来，并将值返回，JavaScript 可以定义同样的求和函数：

清单 5. JavaScript 中的求和
复制代码 代码如下:

function sum(){
var res = 0;
for ( var i = 0, len = arguments.length; i < len; i++){
res += parseInt(arguments[i]);
}
return res;
}
print(sum(1,2,3));
print(sum(1,2,3,4,6,7,8));

运行此段代码，得到如下结果：
6
31

如果要完全模拟函数式编码的风格，我们可以定义一些诸如：

清单 6. 一些简单的函数抽象
复制代码 代码如下:

function add(a, b){ return a+b; }
function sub(a, b){ return a-b; }
function mul(a, b){ return a*b; }
function div(a, b){ return a/b; }
function rem(a, b){ return a%b; }
function inc(x){ return x + 1; }
function dec(x){ return x - 1; }
function equal(a, b){ return a==b; }
function great(a, b){ return a>b; }
function less(a, b){ return a<b; }

这样的小函数以及谓词，那样我们写出的代码就更容易被有函数式编程经验的人所接受：


清单 7. 函数式编程风格
复制代码 代码如下:

// 修改之前的代码
function factorial(n){
if (n == 1){
return 1;
} else {
return factorial(n - 1) * n;
}
}
// 更接近“函数式”编程风格的代码
function factorial(n){
if (equal(n, 1)){
return 1;
} else {
return mul(n, factorial(dec(n)));
}
}

闭包及其使用
闭包是一个很有趣的主题，当在一个函数 outter 内部定义另一个函数 inner，而 inner 又引用了 outter 作用域内的变量，在 outter 之外使用 inner 函数，则形成了闭包。描述起来虽然比较复杂，在实际编程中却经常无意的使用了闭包特性。

清单 8. 一个闭包的例子
复制代码 代码如下:

function outter(){
var n = 0;
return
function (){
return n++;
}
}
var o1 = outter();
o1();//n == 0
o1();//n == 1
o1();//n == 2
var o2 = outter();
o2();//n == 0
o2();//n == 1

匿名函数 function(){return n++;} 中包含对 outter 的局部变量 n 的引用，因此当 outter 返回时，n 的值被保留 ( 不会被垃圾回收机制回收 )，持续调用 o1()，将会改变 n 的值。而 o2 的值并不会随着 o1() 被调用而改变，第一次调用 o2 会得到 n==0 的结果，用面向对象的术语来说，就是 o1 和 o2 为不同的 实例，互不干涉。
总的来说，闭包很简单，不是吗？但是，闭包可以带来很多好处，比如我们在 Web 开发中经常用到的：

清单 9. jQuery 中的闭包
复制代码 代码如下:

var con = $("div#con");
setTimeout( function (){
con.css({background:"gray"});
}, 2000);


上边的代码使用了 jQuery 的选择器，找到 id 为 con 的 div 元素，注册计时器，当两秒中之后，将该 div 的背景色设置为灰色。这个代码片段的神奇之处在于，在调用了 setTimeout 函数之后，con 依旧被保持在函数内部，当两秒钟之后，id 为 con 的 div 元素的背景色确实得到了改变。应该注意的是，setTimeout 在调用之后已经返回了，但是 con 没有被释放，这是因为 con 引用了全局作用域里的变量 con。
使用闭包可以使我们的代码更加简洁，关于闭包的更详细论述可以在参考信息中找到。由于闭包的特殊性，在使用闭包时一定要小心，我们再来看一个容易令人困惑的例子：

清单 10. 错误的使用闭包
复制代码 代码如下:

var outter = [];
function clouseTest () {
var array = ["one", "two", "three", "four"];
for ( var i = 0; i < array.length;i++){
var x = {};
x.no = i;
x.text = array[i];
x.invoke = function (){
print(i);
}
outter.push(x);
}
}


上边的代码片段很简单，将多个这样的 JavaScript 对象存入 outter 数组：

清单 11. 匿名对象
复制代码 代码如下:

{
no : Number,
text : String,
invoke : function (){
// 打印自己的 no 字段
}
}

我们来运行这段代码：

清单 12. 错误的结果
复制代码 代码如下:

clouseTest();// 调用这个函数，向 outter 数组中添加对象
for ( var i = 0, len = outter.length; i < len; i++){
outter[i].invoke();
}

出乎意料的是，这段代码将打印：
4
4
4
4

而不是 1，2，3，4 这样的序列。让我们来看看发生了什么事，每一个内部变量 x 都填写了自己的 no,text,invoke 字段，但是 invoke 却总是打印最后一个 i。原来，我们为 invoke 注册的函数为：

清单 13. 错误的原因
复制代码 代码如下:

function invoke(){
print(i);
}

每一个 invoke 均是如此，当调用 outter[i].invoke 时，i 的值才会被去到，由于 i 是闭包中的局部变量，for 循环最后退出时的值为 4，因此调用 outter 中的每个元素都会得到 4。因此，我们需要对这个函数进行一些改造：

清单 14. 正确的使用闭包
复制代码 代码如下:

var outter = [];
function clouseTest2(){
var array = ["one", "two", "three", "four"];
for ( var i = 0; i < array.length;i++){
var x = {};
x.no = i;
x.text = array[i];
x.invoke = function (no){
return
function (){
print(no);
}
}(i);
outter.push(x);
}
}

通过将函数 柯里化，我们这次为 outter 的每个元素注册的其实是这样的函数：
复制代码 代码如下:

//x == 0
x.invoke = function (){print(0);}
//x == 1
x.invoke = function (){print(1);}
//x == 2
x.invoke = function (){print(2);}
//x == 3
x.invoke = function (){print(3);}


这样，就可以得到正确的结果了。

实际应用中的例子
好了，理论知识已经够多了，我们下面来看看现实世界中的 JavaScript 函数式编程。有很多人为使 JavaScript 具有面向对象风格而做出了很多努力 (JavaScript 本身具有 可编程性)，事实上，面向对象并非必须，使用函数式编程或者两者混合使用可以使代码更加优美，简洁。
jQuery 是一个非常优秀 JavaScript/Ajax 框架，小巧，灵活，具有插件机制，事实上，jQuery 的插件非常丰富，从表达验证，客户端图像处理，UI，动画等等。而 jQuery 最大的特点正如其宣称的那样，改变了人们编写 JavaScript 代码的风格。
优雅的 jQuery
有经验的前端开发工程师会发现，平时做的最多的工作有一定的模式：选择一些 DOM 元素，然后将一些规则作用在这些元素上，比如修改样式表，注册事件处理器等。因此 jQuery 实现了完美的 CSS 选择器，并提供跨浏览器的支持：


清单 15. jQuery 选择器
复制代码 代码如下:

var cons = $("div.note");// 找出所有具有 note 类的 div
var con = $("div#con");// 找出 id 为 con 的 div 元素
var links = $("a");// 找出页面上所有的链接元素


当然，jQuery 的选择器规则非常丰富，这里要说的是：用 jQuery 选择器选择出来的 jQuery 对象本质上是一个 List，正如 LISP 语言那样，所有的函数都是基于 List 的。
有了这个 List，我们可以做这样的动作：

清单 16. jQuery 操作 jQuery 对象 (List)
复制代码 代码如下:

cons.each( function (index){
$( this ).click( function (){
//do something with the node
});
});


想当与对 cons 这个 List中的所有元素使用 map( 还记得我们前面提到的 map 吗？ )，操作结果仍然为一个 List。我们可以任意的扩大 / 缩小这个列表，比如：

清单 17. 扩大 / 缩小 jQuery 集合
复制代码 代码如下:

cons.find("span.title");// 在 div.note 中进行更细的筛选
cons.add("div.warn");// 将 div.note 和 div.warn 合并起来
cons.slice(0, 5);// 获取 cons 的一个子集


现在我们来看一个小例子，假设有这样一个页面：

清单 18. 页面的 HTML 结构
复制代码 代码如下:

<div class="note">
<span class="title">Hello, world</span>
</div>
<div class="note">
<span class="title">345</span>
</div>
<div class="note">
<span class="title">Hello, world</span>
</div>
<div class="note">
<span class="title">67</span>
</div>
<div class="note">
<span class="title">483</span>
</div>


效果如下：

图 1. 过滤之前的效果

我们通过 jQuery 对包装集进行一次过滤，jQuery 的过滤函数可以使得选择出来的列表对象只保留符合条件的，在这个例子中，我们保留这样的 div，当且仅当这个 div 中包含一个类名为 title 的 span，并且这个 span 的内容为数字：

清单 19. 过滤集合
复制代码 代码如下:

var cons = $("div.note").hide();// 选择 note 类的 div, 并隐藏
cons.filter( function (){
return $( this ).find("span.title").html().match(/^\d+$/);
}).show();


效果如下图所示：

图 2. 过滤之后的效果

我们再来看看 jQuery 中对数组的操作 ( 本质上来讲，JavaScript 中的数组跟 List 是很类似的 )，比如我们在前面的例子中提到的 map 函数，过滤器等：

清单 20. jQuery 对数组的函数式操作
复制代码 代码如下:

var mapped = $.map([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10],
function (n){
return n + 1;
});
var greped = $.grep([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10],
function (n){
return n % 2 == 0;
});


mapped 将被赋值为 :
[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]

而 greped 则为：
[2, 4, 6, 8, 10]

我们再来看一个更接近实际的例子：

清单 21. 一个页面刷新的例子
复制代码 代码如下:

function update(item){
return
function (text){
$("div#"+item).html(text);
}
}
function refresh(url, callback){
var params = {
type : "echo",
data : ""
};
$.ajax({
type:"post",
url:url,
cache: false ,
async: true ,
dataType:"json",
data:params,
success: function (data, status){
callback(data);
},
error: function (err){
alert("error : "+err);
}
});
}
refresh("action.do/op=1", update("content1"));
refresh("action.do/op=2", update("content2"));
refresh("action.do/op=3", update("content3"));

首先声明一个柯里化的函数 update，这个函数会将传入的参数作为选择器的 id，并更新这个 div 的内容 (innerHTML)。然后声明一个函数 refresh，refresh 接受两个参数，第一个参数为服务器端的 url，第二个参数为一个回调函数，当服务器端成功返回时，调用该函数。
然后我们陆续调用三次 refresh，每次的 url 和 id 都不同，这样可以将 content1,content2,conetent3 的内容通过异步方式更新。这种模式在实际的编程中相当有效，因为关于如何与服务器通信，以及如果选取页面内容的部分被很好的抽象成函数，现在我们需要做的就是将 url 和 id 传递给 refresh，即可完成需要的动作。函数式编程在很大程度上降低了这个过程的复杂性，这正是我们选择使用该思想的最终原因。
结束语
实际的应用中，不会囿于函数式或者面向对象，通常是两者混合使用，事实上，很多主流的面向对象语言都在不断的完善自己，比如加入一些函数式编程语言的特征等，JavaScript 中，这两者得到了良好的结合，代码不但可以非常简单，优美，而且更易于调试。
文中仅仅提到 jQuery 特征的一小部分，如果感兴趣，则可以在参考资料中找到更多的链接，jQuery 非常的流行，因此你可以找到很多论述如何使用它的文章。

参考资料

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